胡照宇，李崇晟，楊 陽，鄭延程，單正濤，劉鳳祥

（1.華能國際電力股份有限公司 湖南清潔能源分公司，湖南 長沙 410000；2.西安西熱電站信息技術(shù)有限公司，陜西 西安 710065）

0 引 言

近年來，我國風(fēng)力發(fā)電得到迅猛發(fā)展，裝機(jī)容量已位居世界第一[1]。根據(jù)國家能源局發(fā)布數(shù)據(jù)[2]，2019年我國風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機(jī)2 574萬千瓦，其中，陸上風(fēng)電新增裝機(jī)2 376萬千瓦，海上風(fēng)電新增裝機(jī)198萬千瓦。大規(guī)模的集中建設(shè)為風(fēng)電場后期的運(yùn)維帶來了巨大壓力。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量小、數(shù)量多、占地廣，與傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠的管理模式不同，風(fēng)電場一般采用“無人值班、少人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控、區(qū)域維護(hù)”的模式。風(fēng)電分公司或區(qū)域公司與風(fēng)電場的管控結(jié)構(gòu)如圖1所示，集控中心一般設(shè)置在分公司或區(qū)域公司所在城市，負(fù)責(zé)公司下轄所有風(fēng)電場的集中監(jiān)控，值長在集控中心遠(yuǎn)程監(jiān)管所有風(fēng)場；風(fēng)電場設(shè)置值班室或中控，風(fēng)電場的值班人員負(fù)責(zé)本風(fēng)場的一般監(jiān)控和日常管理工作，風(fēng)電場僅配備很少的運(yùn)維人員；維護(hù)工作主要采用外包的方式，外包隊(duì)伍普遍采用區(qū)域設(shè)置，一個外包隊(duì)伍負(fù)責(zé)一個片區(qū)內(nèi)多個風(fēng)電場的相同制造廠家風(fēng)機(jī)的維護(hù)工作。隨著風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)數(shù)量的增加，其風(fēng)場多、區(qū)域廣、距離長的特點(diǎn)就越凸顯。

圖1 風(fēng)電場公司或區(qū)域公司與風(fēng)電場的管控結(jié)構(gòu)

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和智能終端的發(fā)展和成熟，生產(chǎn)管理移動應(yīng)用已在火力發(fā)電廠成功的開展了，將“兩票”管控從運(yùn)行集控室拓展到生產(chǎn)現(xiàn)場，提高了生產(chǎn)業(yè)務(wù)的執(zhí)行效率[3-5]；在風(fēng)電場，也已經(jīng)有“兩票”的移動應(yīng)用案例[6]。圍繞風(fēng)電管理模式，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場與遠(yuǎn)程集控中心的需求，研發(fā)適合風(fēng)電管理特點(diǎn)的生產(chǎn)管理移動應(yīng)用系統(tǒng)是技術(shù)發(fā)展和管理提升的必然趨勢。

本文借助專用的移動應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)和智能終端，將風(fēng)電場生產(chǎn)管理從遠(yuǎn)方集控中心、風(fēng)場值班室延伸到各臺風(fēng)機(jī)、遠(yuǎn)端升壓站，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電生產(chǎn)管理的跨區(qū)域協(xié)作、信息和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互、工作過程遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)管等功能，在滿足安全管控要求的前提下，降低了生產(chǎn)人員安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了風(fēng)電生產(chǎn)管理效率。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能實(shí)現(xiàn)

風(fēng)電場生產(chǎn)管理移動應(yīng)用系統(tǒng)硬件部分主要包括生產(chǎn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、智能終端、服務(wù)器、PC等；軟件部分主要包括服務(wù)器側(cè)軟件、Web端軟件以及移動應(yīng)用APP。

1.1 生產(chǎn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)

風(fēng)電場的生產(chǎn)業(yè)務(wù)主要發(fā)生在風(fēng)機(jī)和升壓站處，生產(chǎn)管理向現(xiàn)場延伸，需要相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)支持和智能終端配合才可實(shí)現(xiàn)。風(fēng)電場選址多為人煙稀少的偏遠(yuǎn)地區(qū)甚至海上，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組數(shù)量多、風(fēng)電場整體占地廣，移動公網(wǎng)的4G信號大多只能覆蓋到風(fēng)電場值班室和場側(cè)升壓站所在區(qū)域。距風(fēng)電場值班室較遠(yuǎn)的風(fēng)機(jī)處，尤其是山上或海上風(fēng)電的遠(yuǎn)端區(qū)域，根本沒有4G網(wǎng)絡(luò)信號，生產(chǎn)管理的移動應(yīng)用無法借助4G公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，需要自建生產(chǎn)管理無線網(wǎng)絡(luò)。

風(fēng)電場生產(chǎn)管理移動應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。風(fēng)電場側(cè)的升壓站一般已經(jīng)覆蓋生產(chǎn)管理內(nèi)網(wǎng)，僅需增加無線AP（接入點(diǎn)），提供無線網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。風(fēng)機(jī)和遠(yuǎn)端的升壓站處，利用風(fēng)電場基建時(shí)敷設(shè)光纜的剩余光纖，構(gòu)成風(fēng)電場現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)。風(fēng)機(jī)之間采用光纖環(huán)網(wǎng)連接，經(jīng)匯聚交換機(jī)接入風(fēng)電場生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與風(fēng)電場值班室的網(wǎng)絡(luò)連接。在各臺風(fēng)機(jī)處，采用無線AP提供無線網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。智能終端通過該無線網(wǎng)絡(luò)接入生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，與風(fēng)電場值班室的相關(guān)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互；風(fēng)電場側(cè)部署即時(shí)通信服務(wù)器、移動應(yīng)用服務(wù)器；集控中心側(cè)部署生產(chǎn)管理服務(wù)器，風(fēng)電場值班室通過已有的專用網(wǎng)絡(luò)連接至遠(yuǎn)方的集控中心。

圖2 風(fēng)電場生產(chǎn)管理移動應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，為生產(chǎn)管理移動應(yīng)用專屬，其帶寬、速度完全滿足生產(chǎn)現(xiàn)場與風(fēng)場值班室、集控中心的基本數(shù)據(jù)交互以及音視頻實(shí)時(shí)交互的需求。網(wǎng)絡(luò)安全性可控，可在網(wǎng)絡(luò)接入方面做智能終端的MAC地址綁定、制定用戶接入規(guī)則等安全控制；也可以完全由用戶自行控制AP，當(dāng)?shù)竭_(dá)業(yè)務(wù)所在風(fēng)機(jī)后自行開啟該風(fēng)機(jī)處AP的電源，提供無線網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，完成業(yè)務(wù)后再關(guān)閉該AP電源，停止無線網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，做到隨用隨開，實(shí)現(xiàn)完全物理控制，降低網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 功能架構(gòu)與優(yōu)化

風(fēng)電場生產(chǎn)管理移動應(yīng)用系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖3所示。風(fēng)電場生產(chǎn)管理Web端功能主要包括設(shè)備管理、交接班管理、巡檢管理、缺陷管理、工作票管理、操作票管理、維護(hù)管理等，涵蓋了風(fēng)電生產(chǎn)管理中運(yùn)行、維護(hù)以及部分日常工作。工作中心、工作人員、設(shè)備KKS、人員資質(zhì)、外包人員、外包隊(duì)伍等數(shù)據(jù)從分公司或區(qū)域公司的主數(shù)據(jù)中直接同步，保障信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的唯一性和準(zhǔn)確性。

圖3 風(fēng)電場生產(chǎn)管理移動應(yīng)用功能架構(gòu)

移動端功能是Web端生產(chǎn)管理功能在智能終端上的延拓，根據(jù)移動應(yīng)用的特點(diǎn)，增加終端管理功能以及視頻會議、移動對講等輔助功能，提高移動端功能的便利和安全性。

根據(jù)風(fēng)電管理的特點(diǎn)，為生產(chǎn)管理主要業(yè)務(wù)功能做了以下優(yōu)化：

（1）交接班管理

針對風(fēng)電場的連上連休情況，提供了靈活的輪值配置功能，風(fēng)電場值班人員可根據(jù)實(shí)際情況自由配置工作與休息的時(shí)間，制定本風(fēng)場的輪值表。

（2）缺陷管理

借助移動應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)維人員在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)缺陷或疑似缺陷時(shí)，可通過視頻通信獲得遠(yuǎn)方協(xié)助，及時(shí)確認(rèn)缺陷并開展分析。根據(jù)缺陷嚴(yán)重程度和影響制定合理的消缺工作內(nèi)容，開展人力資源、備品備件的調(diào)配和準(zhǔn)備工作，根據(jù)天氣、交通等因素適時(shí)安排缺陷處理計(jì)劃，減少了確認(rèn)和分析缺陷又奔波于現(xiàn)場的情況，提高了缺陷處理工作效率。

（3）工作票

工作票業(yè)務(wù)功能中，應(yīng)強(qiáng)化各管控節(jié)點(diǎn)的功能。在工作開展期間，利用移動應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)和智能終端，遠(yuǎn)方集控中心的值長、風(fēng)電場值班室的值班人員可以時(shí)刻“在”現(xiàn)場，實(shí)時(shí)管控工作過程。

（4）操作票

集成風(fēng)電場已有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)工作全過程的監(jiān)管與記錄。利用流媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能終端音視頻直播，實(shí)現(xiàn)操作票及操作過程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（5）巡檢管理智慧化

常規(guī)的場側(cè)升壓站巡檢，按一般的巡檢方式執(zhí)行；風(fēng)機(jī)和遠(yuǎn)端升壓站的定期巡檢，歸入維護(hù)管理功能，視情況適時(shí)開展。

（6）維護(hù)管理

結(jié)合工作內(nèi)容、風(fēng)機(jī)負(fù)荷、天氣、人員、備品備件、交通工具、外包隊(duì)伍等信息，將消缺、維護(hù)、巡檢等工作統(tǒng)籌安排，制定合理可行的工作計(jì)劃，使得維護(hù)工作有序開展。

2 主要技術(shù)的集成

風(fēng)電場生產(chǎn)管理移動應(yīng)用系統(tǒng)中，主要集成了即時(shí)視頻會議、二維碼識別、NFC、音視頻直播等成熟技術(shù)，并集成了風(fēng)電場已有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

2.1 即時(shí)視頻會議

即時(shí)視頻會議與視頻通信功能目前已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，在遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程會議等方面應(yīng)用較為廣泛。借助生產(chǎn)管理移動應(yīng)用專用網(wǎng)絡(luò)，將此功能集成在智能終端的生產(chǎn)管理APP中，當(dāng)現(xiàn)場業(yè)務(wù)需要獲得遠(yuǎn)方確認(rèn)或支持時(shí)，在業(yè)務(wù)單據(jù)中即可調(diào)用視頻會議功能，并支持對通訊錄中人員的會議呼叫。兩人參加可作為一對一的視頻通信使用，多人參加即構(gòu)成視頻會議。

2.2 二維碼技術(shù)

二維碼技術(shù)已有大量成熟應(yīng)用，在生產(chǎn)現(xiàn)場，將原有的標(biāo)注設(shè)備名稱和編碼的掛牌改造成帶有設(shè)備名稱、編碼和二維碼的掛牌，便于用戶在現(xiàn)場使用智能終端掃描二維碼快速定位設(shè)備，獲取設(shè)備相應(yīng)信息。在工作票、操作票業(yè)務(wù)中，借助掃描設(shè)備二維碼的動作核對工作對象，防止誤操作和走錯間隔風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生；在缺陷業(yè)務(wù)中，掃描設(shè)備上的二維碼，可快速、準(zhǔn)確地定位故障設(shè)備，為后續(xù)的消缺分析、消缺準(zhǔn)備、現(xiàn)場消缺工作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

2.3 NFC技術(shù)

近場通信（Near Filed Communication, NFC）是一項(xiàng)成熟的近距離無線通信技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸和交換數(shù)據(jù)。在每臺風(fēng)機(jī)塔底入口內(nèi)和重要的開關(guān)上，粘貼寫有該風(fēng)機(jī)或設(shè)備的編碼以及基本信息的NFC標(biāo)簽。在工作票、操作票、缺陷、維護(hù)等業(yè)務(wù)模塊的移動應(yīng)用中，集成NFC讀卡功能。需要確認(rèn)到達(dá)地點(diǎn)的管控環(huán)節(jié)，要求維護(hù)人員使用智能終端的NFC功能讀取現(xiàn)場的NFC標(biāo)簽，以核實(shí)維護(hù)人員所在地點(diǎn)是否正確。發(fā)生重大操作和電氣倒閘操作時(shí)，要求操作人員使用智能終端的NFC功能讀取待操作開關(guān)上的NFC標(biāo)簽，以確認(rèn)操作對象是否正確。

2.4 音視頻直播技術(shù)

隨著音視頻編碼、壓縮、傳輸技術(shù)的不斷進(jìn)步以及網(wǎng)絡(luò)帶寬的增加，流媒體技術(shù)在視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控、視頻點(diǎn)播、直播教學(xué)等方面得到廣泛應(yīng)用[7-9]。在操作票管理中，應(yīng)用流媒體技術(shù)，集成音視頻直播功能，操作過程可通過生產(chǎn)管理移動應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)直播，在網(wǎng)絡(luò)中的任何終端都可以收看該直播，并給予一定程度的參與。

2.5 視頻監(jiān)控功能的集成

風(fēng)電場在建設(shè)時(shí)，一般都已安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在風(fēng)機(jī)、升壓站處有多個不同角度的監(jiān)控?cái)z像頭。在執(zhí)行工作票、操作票、缺陷業(yè)務(wù)等現(xiàn)場工作時(shí)，根據(jù)設(shè)備上的二維碼或風(fēng)機(jī)上的NFC卡，確定業(yè)務(wù)發(fā)生地，并與該處攝像頭的監(jiān)控視頻關(guān)聯(lián)，在業(yè)務(wù)歷史數(shù)據(jù)中記錄各環(huán)節(jié)的時(shí)間戳。當(dāng)生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)需要追溯工作執(zhí)行過程時(shí)，可根據(jù)相應(yīng)業(yè)務(wù)歷史記錄中的時(shí)間戳在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中獲取關(guān)聯(lián)攝像頭的視頻記錄，提高現(xiàn)場業(yè)務(wù)的管控能力和可追溯性。

3 結(jié) 語

風(fēng)電場生產(chǎn)管理移動應(yīng)用系統(tǒng)借助專用網(wǎng)絡(luò)和智能終端，集成成熟的通信技術(shù)和移動開發(fā)技術(shù)，助力風(fēng)電場生產(chǎn)管理，適應(yīng)風(fēng)電管理模式，將風(fēng)電安全生產(chǎn)三級管控落實(shí)到具體的工作環(huán)節(jié)中，提高了風(fēng)電生產(chǎn)管理的效率。